潛望鏡…perⅰscops

是水下潛艇觀察瞭望重要的艦艇載裝置、是觀察水面目標、低窪坑道偵察瞭望的特殊“望遠鏡”。

主要應用於潛艇、坦克、坑道以及一些雙座飛機後座飛行員的觀察。（陸上潛望鏡)（雙座飛機固定式後座觀察潛望鏡)（從潛望鏡內觀察到的水上目標)（拆解用於科普的潛艇“潛望鏡)潛艇…潛望鏡的構成由一根鋼管（多節可收伸縮式)、與望遠鏡相同、唯一就是另加了兩個反光鏡、使物光徑兩次反射而折向觀察者的眼睛

因潛望鏡內部裝有兩塊平面鏡，因此潛望鏡利用了光的反射改變了光的傳播方向，且平面鏡成等大正立的虛像，成像原理是光的反射現象，而且是鏡面反射

說起來簡單，物理原理倒是不麻煩，如圖，一看便知。利用兩片物鏡反射原理，做出的潛望鏡，1854年便在一艘法制潛艇得以實現。

光學潛望鏡，像一條杆子插到底，由此也帶來非常頭疼事，貫穿耐壓殼體，艇體結構強度變低，對潛深影響很大。再有艙室本身就很狹窄，始終有條杆子在那杵著，不利艙室佈置。

如俄“拉達”級的耐壓殼直徑超過了7米，潛望鏡還需要多出3-4米，以探出頭來。還有搜潛與攻擊，並不能在一根杆子上面，兩根都需要插到底。在潛艇設計之初，即要首先考慮到潛望鏡，嚴重製約潛艇技術向前發展。等等吧，總之種種毛病，但在當年，想來也是無可奈何之事。

能不能不穿透？就在桅杆上架設攝影機和高解析度照相機，光學訊號變為電訊號，透過一根光纖直接傳輸到艇內的計算機上呢？現在當然辦得到，上世紀九十年代就實現了，稱為光電桅杆。

資料傳輸到各部門，下潛後可以共同研究分析，探測和分析目標的能力大為提高。

更厲害的還在後面，如果在水面上投放光電浮標會怎樣？潛艇不會上潛，亦可實現探尋水面和空中目標的能力。潛艇如果能攜帶兩棲無人機，探測能力和範圍，即能得到更明顯地增強。無論光電浮標，還是無機，都需要無線電來傳輸，目前在技術上還不能實現，不過是發展方向。

1854年，希波利特·馬裡-戴維發明了第一個海軍潛望鏡，由一個垂直的管子和兩個小鏡子組成，每端45度角。西蒙·萊克1902年在他的潛艇上使用潛望鏡。霍華德·格拉布爵士在第一次世界大戰中完善了這個裝置 。

埃德蒙·希波利特·馬裡-戴維是19世紀的法國化學家和發明家。他出生在奈伏爾的克拉姆奇。

西蒙·萊克是一名貴格會美國機械工程師和海軍建築師，他在海軍設計方面獲得了200多項專利，並與約翰·菲利普·霍蘭競爭為美國海軍建造第一艘潛艇。

霍華德·格拉布爵士是來自愛爾蘭都柏林的光學設計師。他是一家制造大型光學望遠鏡、望遠鏡驅動控制器和其他光學儀器的家族公司的負責人。他還以完善潛望鏡和發明反射鏡瞄準器的工作而聞名。

潛望鏡，在某些情況下固定在步槍，服務於第一次世界大戰(1914-1918年)使士兵能夠看到山頂戰壕從而避免暴露在敵人的炮火下(尤其是狙擊手)。 這潛望鏡步槍戰爭期間也看到了它的用途——這是一種透過潛望鏡看到的步兵步槍，所以射手可以從戰壕護欄下面的安全位置瞄準射擊。

潛望鏡步槍是一種經過改裝的步槍，使用潛望鏡就能看到它。這使得槍手能夠隱藏在掩體之下。這種裝置是由許多人為了應對第一次世界大戰的地溝戰條件而獨立發明的，雖然不清楚是哪支軍隊首先使用潛望鏡步槍，但這種武器在1914年底就開始使用了。類似的裝置也被製造出來用於機槍。

陣地戰是一種使用主要由軍事壕溝組成的佔領作戰線的陸戰，在這種情況下，部隊受到很好的保護，不會受到敵人小武器的攻擊，並且基本上不會受到大炮的攻擊。在第一次世界大戰中，陣地戰最著名的應用是西線。“陣地戰”已經成為僵局、消耗戰、圍攻戰和衝突無用戰的代名詞。

在第二次世界大戰(1939-1945年)期間，炮兵觀察員和軍官們使用了特製的帶不同支架的潛望鏡望遠鏡。其中一些還允許估計到目標的距離，因為它們被設計成立體測距儀。

潛艇的輔助潛望鏡

一隊德國人炮兵觀察員使用潛望鏡望遠鏡，1943年

第一次世界大戰潛望鏡·貝克1918年製造

海軍使用

潛望鏡允許潛艇在相對較淺的深度下潛時，在水面和空中目視搜尋附近的目標和威脅。不使用時，潛艇的潛望鏡縮入船體。戰術條件下的潛艇指揮官在使用潛望鏡時必須謹慎，因為它會產生一個可見的尾流(也可能被雷達探測到)，洩露潛艇的位置。

瑪麗-戴維在1854年用鏡子建造了一個簡單、固定的海軍潛望鏡。美國海軍的托馬斯·h·多爾蒂後來發明了稜鏡版，用於美國內戰1861-65年。

西班牙發明家佩拉爾 1886年開發帶有一個固定的、不可伸縮的潛望鏡，該潛望鏡使用稜鏡的組合將影象傳遞給潛艇艇員。佩拉爾還開發了一種用於潛艇導航的原始陀螺儀，並開創了在水下發射活魚雷的能力。

西蒙·萊克1902年發明用於潛艇戰的摺疊式潛望鏡。

截至2009年現代潛艇潛望鏡包括放大和功能的鏡頭望遠鏡。他們通常僱傭稜鏡和全內反射代替鏡子，因為稜鏡不需要在反射面上有塗層，比鏡子堅固得多。它們可以具有額外的光學能力，例如測距和目標。潛艇潛望鏡的機械系統通常使用水力學並且需要相當堅固以承受水中的阻力。潛望鏡底盤也可以支援無線電或雷達天線。

潛艇傳統上有兩個潛望鏡；導航或觀察潛望鏡和瞄準或指揮官潛望鏡。海軍最初將這些潛望鏡安裝在指揮塔一個在前，另一個在柴油電動潛艇的狹窄船體中。在更寬的船體裡最近的美國海軍潛艇兩者並肩作戰。用於掃描海面和天空的觀測範圍通常具有較寬的視野，沒有放大或低放大率。相比之下，瞄準或“攻擊”潛望鏡的視野更窄，放大倍數更高。在第二次世界大戰和早期的潛艇中，它是收集目標資料的唯一手段，可以精確地發射一枚魚雷，自聲納在這方面還不夠先進(聲納測距需要發射電子“浮標”,容易洩露潛艇的位置),而且大多數魚雷沒有制導。

二戰中美國海軍潛艇控制室潛望鏡處的軍官。照片中的軍官是老雷蒙德·亞歷山大上尉，照片拍攝於1942年。

潛艇單目攻擊潛望鏡

被魚雷擊中的日本驅逐艦Yamakaze透過美國軍艦的潛望鏡拍攝鸚鵡螺，1942年6月25日。

21世紀的潛艇不一定有潛望鏡。這美國海軍s弗吉尼亞一流潛艇還有皇家海軍s機敏級潛艇而是使用光子桅杆, 由皇家海軍s英國政府公務銳利的它將一個電子成像感測器提升到水面上。來自感測器組的訊號透過電子傳輸到潛艇控制中心的工作站。雖然攜帶訊號的電纜必須穿透潛艇的船體，但它們使用的船體開口比潛望鏡要求的要小得多，也更容易密封，因此也更便宜、更安全。取消穿過連線塔的伸縮管也允許在設計耐壓殼體和放置內部裝置時有更大的自由度。

這...您自己都說了這是“潛望鏡”了，那麼此中原理其實已經真相大白了吧。

“潛望鏡”是一種透過將光線傳遞反射，讓人能遠距離從鏡底看到鏡頭的工具。第一次世界大戰時，潛望鏡就已經成為塹壕戰的工具被廣泛應用，而在這之前的20世紀初，美國發明家西蒙·萊克就已經在他設計的潛艇上使用了潛望鏡。

西蒙萊克是“小亞古爾爸爸”號的發明者，後來他又製造了第一艘公海航行的“亞古爾”號，並在1901年製造的“保護者”號上首次使用了潛望鏡設計，用以與約翰·霍蘭爭奪美國海軍的訂單。

雖然他與霍蘭的潛艇都沒有被美軍接受，但二人的設計卻對後來潛艇的發展奠定了基礎，霍蘭成了潛艇構型的奠基人，而西蒙萊克卻成為海軍潛望鏡和一些船用裝置的研究參與和專利擁有者。

實際上單純看潛望鏡技術的話，這項技術的出現比西蒙萊克時代還早一點，但它被應用卻是20世紀的第一次世界大戰，當時出現了戰壕觀察鏡、炮兵觀察鏡、潛望鏡槍瞄等各種潛望鏡，潛艇用潛望鏡也已經成熟了。

海軍潛望鏡其實就是加長的大型潛望鏡，鏡身中的反射鏡將頂端畫面傳達到潛艇內部，潛艇觀察人員只需要操控潛望鏡的升降與轉向，即可直觀的檢視到外部的情況，這也大大提高了潛艇的安全性和隱蔽性。

潛艇這個圓筒子上有個指揮塔，塔裡有個可伸縮的鏡子叫潛望鏡，潛艇艇長可以透過潛望鏡觀察海面情況，但是需要潛艇下潛到潛望鏡的深度，。

這種問題在小時候看電影或者電視劇時看到那種目鏡和物鏡不在同一個位置的火炮觀測鏡時我也曾想過，由於當時家裡沒有網路也沒有大人可以詢問這個問題也就一直疑惑下去，到初中物理課的時候，這個疑惑物理老師就替我解決了。這種目鏡和物鏡不在同一個位置的觀測鏡利用的是"光的反射"原理製成的，而在物理課上我也用兩塊鏡片動手製作了一個簡易的潛望鏡。而潛艇中用於觀察海面遙控用的錢放進去就是利用光的反射這個原理。這就是潛艇潛望鏡的工作原理，可以讓潛艇在不浮出水面的情況下觀測外界的情況，從而降低潛艇被發現的機率。火炮觀測目標時用的觀測鏡，為火炮打擊作引導，可以說是火炮的眼睛，當然，如果此前就已經有測算好的資料的話就不用這玩意了

這一看似古老的潛望鏡到現在仍然在世界各國的潛艇中使用，因為它可以讓潛艇在不浮出水面的情況下觀測外界的情況，而二戰時期更是潛艇瞄準發射魚雷的主要方式之一。雖說當時也可以利用聲納來判斷敵方的位置，但是並沒有目鏡那麼準確，科技發展到今天現在已經可以解決這個問題，那就是發射魚雷時不用經過潛望鏡的觀測標準，因為二戰的時候魚雷的射程也比較短，潛望鏡能看到敵人的軍艦時距離很近，而現在的潛艇交戰的話距離普遍都在幾公里以上，主要是透過聲吶來進行觀測瞄準。

潛艇兵是透過一種叫做潛望鏡的光學儀器觀測水面目標的，潛望鏡還可以用於陸戰的坦克裝甲車、火炮瞄準測距、戰壕戰、潛水艇導航和其他地方，使觀察者在隱蔽、裝甲後面或水下時能看到周圍的環境。

潛望鏡包括兩個鏡子或者反射稜鏡來改變來自被觀察場景的光的方向:第一個反射稜鏡透過垂直管向下偏轉，第二個反射稜鏡水平偏轉，以便可以方便地觀察場景。通常有一種望遠鏡光學系統放大，提供儘可能寬的視野，幷包括十字線或十字線圖案，以建立觀察物件的視線。

在軍事應用中，也可能有用於估計目標的距離和航向以及透過潛望鏡進行拍攝的裝置。 最簡單的潛望鏡由一個管子組成，管子的兩端是兩個鏡子，彼此平行，但與管子的軸線成45度角。這種裝置不放大，也不產生十字線影象。視覺的弧度受到管的簡單幾何形狀的限制:管越長或越窄，視野越小。

這種潛望鏡廣泛用於第二次世界大戰在坦克和其他裝甲車作為駕駛員、機槍手和指揮官的觀察裝置。坦克潛望鏡也可以安裝一個小型輔助的瞄準器用來瞄準和射擊。透過採用矩形管橫截面可以獲得寬的水平視野。

我看大部分回答說的都是“純光學原理”的老古董潛望鏡，也叫傳統潛望鏡，那種東西的原理的確簡單，但是也早淘汰幾十年了，僅僅談論傳統潛望鏡怕是根本講不清楚“現代潛艇觀察、搜尋”裝置的原理。現代潛艇裝備都是“光電潛望鏡”，更先進一點的整合為光電桅杆（分為搜尋光電桅杆和攻擊光電桅杆，可以設計為非貫穿式），整套系統也可以叫做“潛艇綜合成像系統”其結構、原理早就不單單是什麼“反射”了。既然如此，為了說清楚題目問題，我們就從“傳統潛望鏡”說起，講到現代的“光電潛望鏡”。

▲潛艇上各種桅杆示意，綠色箭頭（搜尋潛望鏡），攻擊潛望鏡未升起

總得來說，傳統潛望鏡也好，光電潛望鏡也罷，其都起到充當潛艇“眼睛”的作用，是潛艇獲得外界資訊的途徑之一。在傳統潛望鏡誕生之初，這種裝置就成為潛艇獲取周邊影象資訊的唯一手段，這種裝置比較簡單，就是基於光學成像原理，透過稜鏡將含有海面景象資訊的光線在潛望鏡內多次全反射，送達艇內觀測人員的眼中，具體過程如下：

▲傳統潛望鏡工作原理示意

這種潛望鏡的原理比較簡單就不多說了，畢竟也早就淘汰了，本段就主要說說其缺陷。首先，這種潛望鏡的視場狹小，艇內觀測者需要頻繁的將其旋轉360°來了解周圍的資訊。這樣就造成了觀測效率低下，貽誤戰機不說，還會將潛艇長時間置於危險的“潛望鏡狀態”，成為被攻擊的活靶子。

▲傳統潛望鏡觀測操作

其次，傳統潛望鏡在觀測端只能透過“目鏡”獲取影象資訊且同一時間只能允許一人進行觀察，然後口頭彙報情況，這對於海戰情況日益複雜的今天極為不利。不便於作戰團隊集體分析敵情，制定戰術計劃。

▲簡易潛望鏡示意

最後，受制於傳統潛望鏡的結構，其俯仰觀測角度有限，比如海面一定角度以上的的天空對於傳統潛望鏡來說簡直是觀察死角，給潛艇的觀測、定位、導航帶來困難。此外，傳統潛望鏡在弱光線條件下，幾乎難以起到觀測作用。

▲現代潛艇的指控中心可以將各種資訊透過顯示屏顯示出來，純粹的傳統潛望鏡無法勝任

當然，潛艇的潛望鏡亦或者是成像系統的發展不可能一蹴而就，也是不斷升級進步而來。在上世紀60年代之前，潛艇的潛望鏡系統幾乎沒有什麼根本性改變。直到1964年，美國海軍率先將電視攝像機應用到了潛望鏡上，情況才開始悄然改變。1978年，美國又開始將CCD攝像機安裝到潛望鏡上，並且開始潛艇“電子成像系統”原理的探索，並且簽署世界上第一種光電桅杆的研發合同。此後，隨著計算機技術、電子技術、自動化技術、訊號處理技術、攝像機技術、紅外探測等各種先進技術的不斷進步和突破，現代化的“光電潛望鏡/光電桅杆”逐漸成為建立在電子成像原理上的綜合成像系統，這一點與“傳統潛望鏡”完全依賴“光學成像”頗為不同。

▲美國弗吉尼亞級核潛艇搜尋光電桅杆成像在顯示屏上（經過處理的照片）

▲俄羅斯拉達級潛艇搜尋光電桅杆（紅色箭頭）和攻擊潛望鏡（藍色箭頭）

目前來說，美英法德等國的潛艇基本上使用光電桅杆完全替代了潛望鏡系統，俄羅斯較為現代化的潛艇也都安裝了光電桅杆。以俄羅斯出口潛艇用的PARUS-98E綜合潛望鏡系統為例：

▲俄羅斯PARUS-98E系統，左側攻擊潛望鏡、中間控制檯、右側搜尋光電桅杆

PARUS-98E系統搜尋光電桅杆（上圖右），其觀察頭部為圓柱形殼體（下圖13），圓柱體上有兩個入射視窗，一個視窗為紅外探測通道（串列埠材料為可投射紅外射線的鍺窗），另一個視窗為電視通道。光電桅杆的觀察頭內安裝電視攝像機、鐳射測距儀、紅外熱像儀。

▲PARUS-98E光電桅杆原理示意圖和外形特徵

觀察頭部上方的小圓柱體（上圖14）為透波流線型天線罩，內部安裝有GPS/GLONASS導航定位天線及其訊號接收前端放大器。使用時，外部被觀測物體的景物光線透過電視觀察視窗入射，經過直角觀察稜鏡（1）反射到達電視攝像機（2）的物鏡；被觀測物體的熱輻射則透過紅外視窗入射到達反射鏡（3），被導向紅外熱像儀的物鏡（4）；鐳射測距儀發射端（5）發出鐳射脈衝訊號經過發射鏡（6）射向目標，被目標反射後的輻射脈衝回到電視射線機（2）的物鏡，再經過光譜濾光鏡的濾波選擇，被送入鐳射測距儀的接收器，訊號傳遞至計算機解算完成測距任務。上圖左側示意中的（10）、（11）、（12）為三個光纖陀螺儀，為光電桅杆的穩定系統提供控制訊號。

▲法國賽峰集團為潛艇研製的搜尋光電桅杆（SERIES 30 SOM）外形及其成像顯示

透過上文，我們可以看出光電桅杆的成像，基本上是在光學反射的基礎上，結合電視訊號、紅外訊號的電子轉換、拼接，最終傳輸、顯示在控制檯的顯示屏上。不僅能夠在晝間正常工作，還能在夜間進行紅外觀測成像，具備全天候作戰能力，並且用過整合的鐳射測距儀，直接在顯示屏上給出方位距離引數。

▲法國賽峰集團為潛艇研製的攻擊光電桅杆（SERIES 30 AOM）外形及其成像顯示

由於篇幅有限，本文無法將整個潛艇成像系統的原理細節講清楚，只能泛泛談之。至於提到的現代潛艇上裝備的攻擊光電桅杆和搜尋光電桅杆有什麼區別和作用，以後再專門寫吧。至於俄羅斯的那個PARUS-98E系統裡配置一個搜尋光電桅杆+一個攻擊潛望鏡，只能說是潛艇光電桅杆化的“半吊子另類組合”罷了。